(57)【要約】【課題】ピストンの部位の条件に応じた形で潤滑油を供給可能なピストンを提供する。【解決手段】ピストン１のスカート部４におけるシリンダボア２２との摺動面側部分１２の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、前記スカート部の内部において、前記ピストンの燃焼室に近い側４ｅには、前記燃焼室から遠い側４ｇに比べて粘度の高い潤滑油１１ａが前記摺動面側部分１２と接触する状態で収められている。前記スカート部の内部の複数の部位には、それぞれ、前記シリンダボアとの摺動面内における複数の部位の潤滑の必要性のレベルに応じて、前記摺動面の単位面積に対応する単位体積当たり異なる量の潤滑油が前記摺動面側部分と接触する状態で収められている。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、
前記スカート部の前記摺動面側部分は、前記ピストンにスラスト力が作用したときに前記スラスト力により前記スカート部の内部側の潤滑油を前記摺動面側部分を介して前記シリンダボアとの摺動面に出すように構成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、
前記スカート部の内部において、前記ピストンの燃焼室に近い側には、前記燃焼室から遠い側に比べて粘度の高い潤滑油が前記摺動面側部分と接触する状態で収められている
ことを特徴とするピストン。
【請求項３】
ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、
前記スカート部の内部の複数の部位には、それぞれ、前記シリンダボアとの摺動面内における複数の部位の潤滑の必要性のレベルに応じて、前記摺動面の単位面積に対応する単位体積当たり異なる量の潤滑油が前記摺動面側部分と接触する状態で収められている
ことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンに関し、特に、内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンにおいて、潤滑性を向上させる目的でピストンスカート部に潤滑油を保有させた多孔質材を配設する技術が知られている。特開平２−３０５３５０号公報（
特許文献１）には、ピストンのスカート部の摺動部の周辺部に幅の狭い多孔質材を配設し、スカート部の温度上昇によって、多孔質材に溜め込まれている油を膨張させることによって、油を多孔質材から摺動部側にしみ出させる技術が開示されている。
【０００３】
実公昭５７−１２３９３５号公報（特許文献２）には、スカート部外周面の全部ないし一部に多孔質材を配設するともに、内側のスカート部外周面に給油溝を形成し、オイルポンプによって前記多孔質材にオイルを圧送供給する技術が開示されている。同公報には、スカート部のシリンダ壁に叩きつけられる部分にだけオイルを圧送供給してもよい旨が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−３０５３５０号公報
【特許文献２】実公昭５７−１２３９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピストンにスラスト力が作用してスカート部がシリンダボアに接触する際に、スカート部に潤滑油が確実に存在することが望まれている。ピストンにスラスト力が発生する時期は、エンジン回転数や運転負荷によって変わる。ピストンにスラスト力が作用するときに、簡便な方法で、確実にスカート部に潤滑油を存在させることが望まれている。
【０００６】
また、冷間始動時は、ピストンのスカート部において、潤滑油が切れた状態となっているが、冷間始動時はスカート部の温度が低いため、上記特許文献１の構成では、潤滑油が熱膨張し難く、潤滑油が多孔質材から摺動部側にしみ出し難いという問題がある。
【０００７】
また、ピストンのスカート部の全体において潤滑状態を均一化し、低フリクション化を図ることが求められるが、ピストンの部位によって諸条件が異なっていることから、その部位の条件に応じた形で潤滑油が供給されることが求められている。
【０００８】
本発明の目的は、ピストンにスラスト力が作用するときに、簡便な方法で、確実にスカート部に潤滑油を存在させることが可能なピストンを提供することである。
本発明の他の目的は、冷間始動時であっても、確実にスカート部に潤滑油を存在させることが可能なピストンを提供することである。
本発明の更に他の目的は、ピストンの部位の条件に応じた形で潤滑油を供給可能なピストンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のピストンは、ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、前記スカート部の前記摺動面側部分は、前記ピストンにスラスト力が作用したときに前記スラスト力により前記スカート部の内部側の潤滑油を前記摺動面側部分を介して前記シリンダボアとの摺動面に出すように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明のピストンは、ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、前記スカート部の内部において、前記ピストンの燃焼室に近い側には、前記燃焼室から遠い側に比べて粘度の高い潤滑油が前記摺動面側部分と接触する状態で収められていることを特徴としている。
【００１１】
本発明のピストンは、ピストンのスカート部におけるシリンダボアとの摺動面側部分の少なくとも一部が樹脂又は多孔質体で構成され、前記スカート部の内部の複数の部位には、それぞれ、前記シリンダボアとの摺動面内における複数の部位の潤滑の必要性のレベルに応じて、前記摺動面の単位面積に対応する単位体積当たり異なる量の潤滑油が前記摺動面側部分と接触する状態で収められていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のピストンによれば、ピストンにスラスト力が作用するときに、簡便な方法で、確実にスカート部に潤滑油を存在させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のピストンの一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、第１実施形態について説明する。
【００１５】
図１において、符号１は内燃機関のピストン、２はピストンヘッド部、３ａ〜３ｃはピストンヘッド部２の外周部に形成された環状のリング溝、４はスカート部、５はピストンピンを挿入するためのピン穴、１０はスカート部４においてシリンダボア（図示せず）と摺動する摺動面である。
【００１６】
図２は、図１の符号Ａに示すスカート部４の肉厚部の拡大断面図である。同図に示すように、スカート部４の内部には、エンジンオイル１１が封じ込まれている。スカート部４において、摺動面１０の側の部分（摺動面側部分）１２は、アルミニウムのポーラス状（アルミニウム結晶粒を粗くして弾力性を持たせたもの）として構成されている。
【００１７】
スカート部４の内周側部分１３は、ピストンヘッド部２と一体的（連続的）にアルミニウムによって形成されている。即ち、内周側部分１３は、スラスト力による変形防止のために剛性を維持すべく、アルミニウムのポーラス状ではない。スカート部４の内周側部分１３と、摺動面側部分１２との間には、オイル１１が封入された状態で、内周側部分１３と摺動面側部分１２が接合されている。
【００１８】
図２、図１０及び図１１を参照して、作用効果について説明する。
【００１９】
図１０は、ピストン１の下降行程（膨張行程）を示している。下降工程（膨張行程）では、コネクティングロッド２１の向きが例えば図１０に示すように左向きであるとすると、燃焼室で発生する爆発力の分力であるスラスト力Ｆｓがピストン１に対して、図中左向きに作用する。これによって、ピストン１のスカート部４（４ａ、４ｂ）のうち図中左側のスカート部４（４ａ）の摺動面側部分１２のアルミニウムのポーラス面（摺動面１０）からオイル１１がシリンダボア２２の図中左側の面２２ａに対して、にじみ出る。スカート部４（４ａ）の内周側部分１３は、硬いアルミニウムによって形成されているので、オイル１１は、スラスト力Ｆｓの圧縮によりスカート部４の摺動面側へ浮き出てくる。
【００２０】
図１１は、ピストン１の上昇行程を示している。上昇行程では、コネクティングロッド２１の向きが例えば図１１に示すように右向きであると、反スラスト力が作用してピストン１のスカート部４（４ａ、４ｂ）のうち図中右側のスカート部４（４ｂ）の摺動面側部分１２のアルミニウムのポーラス面（摺動面１０）からオイル１１がシリンダボア２２の図中右側の面２２ｂに対して、にじみ出る。
【００２１】
第１実施形態では、スカート部４の摺動面側部分１２のポーラスの粒径は、スラスト力Ｆｓ及び反スラスト力がスカート部４に作用したときに、オイル１１が摺動面側部分１２（摺動面１０）からにじみ出る程度の大きさに設定される。
【００２２】
第１実施形態によれば、ピストン１にスラスト力Ｆｓ及び反スラスト力が作用するときに、摺動面側部分１２から自ずとオイル１１がにじみ出るので、スラスト力Ｆｓが作用したときに、確実にスカート部４に潤滑油を存在させることができる。これにより、潤滑が改善される。この場合、オイル１１は、熱膨張によって、初めて摺動面側部分１２から出る構成ではないため、冷間始動時であっても、確実にスカート部４に潤滑油を存在させることが可能となる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態において、上記実施形態と共通する部分についての説明は省略する（以下の実施形態についても同様）。
【００２４】
図３に示すように、スカート部４の摺動面側部分１５は、アルミニウムで形成され、そのアルミニウムの一部に樹脂１６が埋設された構成とされている（摺動面側部分１５は、アルミニウムのポーラス状ではない）。摺動面側部分１５と内周側部分１３との間には、オイル１１が封入された状態で、摺動面側部分１５と内周側部分１３は接合されている。
【００２５】
樹脂１６は、その封入されたオイル１１と、摺動面側部分１５の摺動面１０との間を連結するように、図中水平方向に設けられている。樹脂１６は、例えばポリイミド系やナイロン系が好適に用いられることができる。
【００２６】
スラスト力Ｆｓ（又は反スラスト力、以下同じ）がピストン１に対して作用すると、スカート部４の摺動面側部分１５の樹脂１６からオイル１１がにじみ出て、摺動面１０の潤滑が良好に行なわれる。
【００２７】
第２実施形態では、樹脂１６を埋設させたことで、上記第１実施形態の効果に加えて、ピストン１の全体としての軽量化が図れる。また、樹脂１６がスラスト力の衝撃を緩衝し、騒音を低減させる効果も生じる。
【００２８】
（第３実施形態）
次に、図４を参照して、第３実施形態について説明する。
【００２９】
上記第２実施形態のスカート部４の摺動面側部分１５は、一部のみが樹脂１６であったのに対し、第３実施形態では、スカート部４の摺動面側部分１７の全体が樹脂により形成されている。
【００３０】
第３実施形態では、スカート部４の摺動面側部分１７の全てが樹脂により構成され、言い換えれば、摺動面１０の面方向全体が樹脂により構成されているため、スラスト力Ｆｓがピストン１に対して作用したときに、摺動面１０の面全体からオイル１１がしみ出てくる。これにより、摺動面１０の全体の潤滑が良好になる。また、摺動面側部分１５の全体が樹脂により形成されているため、スラスト力の衝撃を緩和することができる。
【００３１】
（第４実施形態）
次に、図５を参照して、第４実施形態について説明する。
【００３２】
第４実施形態のスカート部４では、オイル２５を樹脂２６で包み込ませた状態でスカート部４の摺動面１０の表面に埋設させる。上記第１及び第２実施形態では、内周側部分１３と摺動面側部分１２、１５との接合は、アルミニウム同士の接合となり、第３実施形態では、内周側部分１３と摺動面側部分１７との接合は、アルミニウムと樹脂との接合となり、いずれも密着性に技術的な困難性、課題が残る。これに対して、第４実施形態では、アルミニウムに埋設させるので、比較的容易に形成することができる。オイル２５を包み込んだ樹脂２６は、スカート部４の摺動面１０に点在させてもよいし、摺動面１０の周方向に整列させてもよい。
【００３３】
スカート部４の摺動面１０において、オイル２５を包み込んだ状態の樹脂２６は、点在するように複数設けられる。スラスト力Ｆｓがピストン１に対して作用したときに、オイル２５は、樹脂２６からしみ出ようとするが、樹脂２６の周囲は、摺動面１０の表面以外はスカート部４に埋設されているため、オイル２５は摺動面１０の表面のみからしみ出る。
【００３４】
（第５実施形態）
次に、図６を参照して、第５実施形態について説明する。
【００３５】
第５実施形態では、スカート部４には、オイルリング溝３ｃに開口し、スカート部４の内部を上下方向に貫通する通路２７が設けられている。スカート部４の通路２７よりも摺動面１０側は、上記第２実施形態（図３）と同様に、アルミニウム製の摺動面側部分１５と、その摺動面側部分１５の内部に摺動面１０と通路２７とを連通する樹脂１６とが設けられている。図６では、図３のオイル１１が封入されている代わりに、通路２７が設けられている。通路２７の下部には、流路抵抗形成部２７ａが設けられている。流路抵抗形成部２７ａは、漸次下方に行くに連れて流路が小さくなる絞り又はテーパ形状に形成されている。
【００３６】
オイルリング溝３ｃから通路２７にオイルを導入し、通路２７を介して流路抵抗形成部２７ａから下方にオイルを通過させる。通路２７の出口に流路抵抗形成部２７ａが形成されていることによって、比較的長い時間オイルが通路２７にとどまる。通路２７を通過するオイルをスラスト力Ｆｓによって樹脂１６から摺動面１０側ににじみ出させる。
【００３７】
第５実施形態によれば、スカート部４の内部にオイルを封入する構成ではないため、通路２７には、永久的にオイルが供給され、潤滑が持続される。また、スカート部４には、空洞部（通路２７）が形成されているため、軽量化が実現される。
【００３８】
（第６実施形態）
次に、図７を参照して、第６実施形態について説明する。
【００３９】
第６実施形態では、スカート部４には、摺動面１０とピストン１の内部空間３１とを連結するようにオイル導入部２９が設けられている。オイル導入部２９は、樹脂又はアルミニウムのポーラス状として構成されている。
【００４０】
ピストン１の内部空間３１に供給されたオイル（下方からのオイルジェット）は、オイル導入部２９を介してスカート部４の摺動面１０側ににじみ出るようになっている。第６実施形態では、スカート部４の内部にオイルを封入することなく、また、オイル通過用の空洞を形成する必要がないので、上記第１実施形態の効果に加えて、低コスト化が可能となるという効果が得られる。また、スカート部４の肉厚を薄く構成することができるため、軽量化が可能となる。
【００４１】
（第７実施形態）
次に、図８を参照して、第７実施形態について説明する。
【００４２】
第７実施形態では、上記第１実施形態（図２）と同様に、アルミニウムのポーラス状に形成された摺動面側部分１２と、アルミニウムで構成された内周側部分１３との間に、オイルが封入されている。
【００４３】
一般に、スカート部４の摺動面１０の上部４ｅは、温度及びスラスト力Ｆｓが高く、潤滑の点で厳しい。スカート部４の上部４ｅに比べて、下部４ｇは、温度及びスラスト力Ｆｓが低い。
【００４４】
上記のことから、本実施形態では、スカート部４の内部の上部４ｅには、高粘度のオイル１１ａを封入し、下部４ｇには、低粘度のオイル１１ｂを封入する。これらのオイル１１ａ、１１ｂは、スラスト力Ｆｓがピストン１に作用することによって摺動面側部分１２から摺動面１０側ににじみ出る。これにより、スカート部４の全体の潤滑状態が均一になり、低フリクション化が図られる。
【００４５】
図９を参照して、第７実施形態の変形例について説明する。
【００４６】
上記第７実施形態（図８）は、上記第１実施形態（図２）において、部位に応じて異なる粘度のオイルを封入した構成に対応する。同様に、上記第２から第４実施形態（図３から図５）において、部位に応じて異なる粘度のオイルを封入する構成であってもよい。
【００４７】
以下に説明する第７実施形態の変形例は、上記第４実施形態の構成を応用したものである。
【００４８】
上記のように、スカート部４の摺動面１０の上部４ｅは、温度及びスラスト力Ｆｓが高く、潤滑の点で厳しい。その上部４ｅに次いで、スラスト力Ｆｓが大きいのは、スカート部４の摺動面１０の下部４ｇである。ピストン１の移動方向が上昇方向から下降方向に変わったときに、ピストン１の摺動面１０の全面が均等にシリンダボア２２に接触するのではなく、ピストン１がコックしてピストン１の下部４ｇがシリンダボア２２と接触するためである。
【００４９】
上記のことから、スカート部４の上部４ｅには、オイル２５を包み込んだ樹脂２６ａが数多く（摺動面１０の単位面積あたりの数が多く（密度が高く））設けられる。言い換えれば、スカート部４の上部４ｅには、摺動面１０の単位面積に対応する単位体積当たり、相対的に多数の樹脂２６ａが設けられる。さらに、そのスカート部４の上部４ｅに設けられた樹脂２６ａの一つ一つ（一粒一粒）には、相対的に多量のオイル２５が収容されており、このことから、樹脂２６ａの大きさは、大きい。また、スカート部４の下部４ｇには、中程度の量のオイル２５を包み込んで中程度の大きさに形成された樹脂２６ｃが中程度の数だけ設けられる。また、スカート部４の摺動面１０の中央部４ｆには、相対的に少量のオイル２５を包み込んで小さく形成された樹脂２６ｂが数少なく設けられている。
【００５０】
これにより、スカート部４の全体の潤滑状態が均一化されて、低フリクション化が図られる。本変形例では、樹脂２６の一粒当たりのオイル２５の量及び摺動面１０の単位面積あたりの数の両方をスカート部４の部位によって変更したが、いずれか一方を変更させてもよい。いすれか一方を変更すれば、摺動面１０の部位によって単位面積当たり異なる量のオイル２５がしみ出ることになる。また、スカート部４の部位によって、樹脂２６の中のオイル２５の粘度を変更させてもよい。
【００５１】
摺動面１０の部位によって、温度やスラスト力Ｆｓが異なり、潤滑の必要性のレベルが異なるが、第７実施形態及びその変形例（図８及び図９）では、その必要性のレベルに応じて、オイルの粘度や単位面積当たりにオイルがにじみ出る量を変えて、摺動面１０の全体において潤滑状態が均一になるようにしている。すなわち、オイルのにじみ出る量に関していえば、図９に示すように、スカート部４の内部の複数の部位には、それぞれ、摺動面１０内における複数の部位４ｅ、４ｆ、４ｇの潤滑の必要性のレベルに応じて、摺動面１０の単位面積に対応する単位体積当たり異なる量の潤滑油２５が、摺動面１０の表面に露出するように設けられた樹脂２６と接触する状態で収められている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のピストンの第１実施形態の正面図である。
【図２】本発明のピストンの第１実施形態の要部拡大断面図である。
【図３】本発明のピストンの第２実施形態の要部拡大断面図である。
【図４】本発明のピストンの第３実施形態の要部拡大断面図である。
【図５】本発明のピストンの第４実施形態の要部拡大断面図である。
【図６】本発明のピストンの第５実施形態の要部拡大断面図である。
【図７】本発明のピストンの第６実施形態の要部拡大断面図である。
【図８】本発明のピストンの第７実施形態の要部拡大断面図である。
【図９】本発明のピストンの第７実施形態の変形例の正面図である。
【図１０】本発明のピストンの第１実施形態の下降行程を示す正面図である。
【図１１】本発明のピストンの第１実施形態の上昇行程を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ピストン
２  ピストンヘッド部
３ａ〜３ｃ  リング溝
４  スカート部
４ｅ  上部
４ｆ  中央部
４ｇ  下部
５  ピン穴
１０  摺動面
１１  オイル
１１ａ  高粘度オイル
１１ｂ  低粘度オイル
１２  摺動面側部分
１３  内周側部分
１５  摺動面側部分
１６  樹脂
１７  摺動面側部分
２１  コネクティングロッド
２２  シリンダボア
２５  オイル
２６  樹脂
２６ａ  樹脂
２６ｂ  樹脂
２６ｃ  樹脂
２７  通路
２７ａ  流路抵抗形成部
２９  オイル導入部
３１  内部空間
Ｆｓ  スラスト力
【図１】
2006189012.tif 000003
【図２】
2006189012.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006189012.tif 000009
【図８】
2006189012.tif 000010
【図９】
2006189012.tif 000011
【図１０】
2006189012.tif 000012
【図１１】
2006189012.tif 000013